Цифровой измеритель временных интервалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3iS1) G 04 10/О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3427043/18-21 (22) 20. 04 ° 82 (46) 07.01.84. Бюл, 9 1 (72) Э,К. Багданскис, В.Б. Квядарас, A.È. Найденов и М.A. Нарбутас (71) Вильнюсский инженерно-строительный институт и Вильнюсский научно-исследовательский институт Вента (53) 621. 317 (088. 8) (56) 1. Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных вычислительных устройств. М., Энергия, 1975, с. 235-237, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 315190 кл. G 04. F 10/02 1971. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ BPEMEHHblX HHTEPBMIOB, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсон, элемент И, счетчик пересчета и ныходной счетчик, второй вход элемента И подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с первым входом счетчика усреднения по Й измерениям, выход которого соединен с третьим входом элемента И, причем вторые входы счетчика пересчета и выходного счетчика соединены между собой, а также исследуемый цифроаналоговый преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения его функциональных возможностей, он снабжен двумя делителями частоты, ждущим мультивибратором, двумя дополнительными элементами Й, элементом НЕ, тремя дополнительными счетчиками, коммутатором, цифроаналоговым преобразователем, сумматором, блоком управления, источниками питания исследуемого цифроаналогового преобразователя и опорного уровня, блоком сравнения, формирователем импульса Старт и генератором запускающих импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, выход первого делителя подключен к входу формиронателя импульса Старт, первому нходу исследуемого цифроаналогового преобразователя, выход которого под- ключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через сумматор подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход подключен к первому входу первого дополнительного элемента И, входу элемента НЕ и первому входу триггера, к второму входу которого под" ключен выход формирователя импульса Старт, при этом выход второго делителя частоты через ждущий муль- Е тинибратор подключен к второму входу первого и первому входу второго дополнительных элементов И, третий

1и второй входы которых объединены и подключены к первому выходу блока управления, первому входу коммутатора, второму входу счетчика усреднения по К измерениям и входу источника опорного уровня, третий вход второго дополнительного элемента И связан с выходом элемента НЕ, а выход его соединен с первыми входами первого и второго дополнительных счетчиков, второй вход первого дополнительного счетчика связан с выходом первого дополнительного элемента И и первым входом третьего дополнительного счетчика, а выход его соединен с вторым входс; коммутатора, третий вход которого подключен к выходу третьего дополнительного «ф» счетчика, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход второго дополнительного счетчика соединен с первым входом блока управления, второй вход которого поцключен к выходу счетчика усреднения по N измерениям, второй выход блока управления соединен с входом источ-

1065В22 ника питания, третий выход связан с вторыми входами первого и второго делителей частоты, второго и третьего дополнительных счетчиков, третьим входом первого дополнительного счетчика и с вторым входом счетчика пересчета, четвертый выход блока

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей.

Известны измерители временных ин— тервалов, основанные на методе последовательного счета и содержащие последовательно соединенные генератор счетных импульсов, схему И и счетчик, причем второй выход схемы И подключен к выходу триггера, входы которого подключены к входным шинам Стоп и Старт измерителя Ц .

Недостатком известного измерителя является невысокая точность измерения коротких временных интервалов.

Наиболее б .изким к предлагаемому является цифровой измеритель временных интервалов между фронтами периодически повторяющихся импульсов, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсов, элемент И, счетчик пересчета и выходкой счетчик, причем второй вход элемента И подключен к выходу триггера, входами соединенного с шинами Старт и Стоп измерителя., а шина Стоп дополнительно подключена к входу счетчика усреднения по $ выход которого соединен. с . 30 третьим входом элемента И, второй выход счетчика усреднения по Й связан с входом схемы обнуления, выход которойссоединен с вторыми входами счетчика пересчета и выходного счет- 35 чика, исследуемый цифроаналоговый преобразователь (2f .

Недостатком указанного измерителя является то, что он измеряет временные интервалы между фронтами импуль- 40 сов и тем самым не позволяет изменять уровни отсчета конца (стоп) времен.ного интервала. Это приводит к большой погрешности измерения времени установления цифроаналогового пре- 45 обраэователя.Время установления цифРоаналоговых преобразователей измеРяется между уровнем, соответствующим половине амплитуды импульса запуска и определенным уРовнем выходнОго сиг- 50 нала цифроаналогового преобразоватеуправления соединен с третьим входом второго делителя частоты, выход источника пи гания исследуемого цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом последнего, а выход источника опорного уровня соединен с в торым входом сумматора. ля, например, отличающимся от установившегося значения на половину младшего разряда. Следовательно известный измеритель будет включать отсчет измерения (старт) в нужное время, а выключать измерение (стоп) временного интервала, когда появится фронт выходного импульса, что приведет к значительной погрешности измерения,т.е. будет измеряться время задержки, а на время установления цифроаналогового преобразователя.

Цель изобретения — увеличение точности измерения и расширение функциональных возможностей измерителя.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель временных интервалов, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсов, элемент И, счетчик пересчета и выходной счетчик, второй вход элемента И подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с первым входом счетчика усреднения по М измерениям, выход которого соединен с третьим входом . элемента И, причем вторые входы счетчика пересчета и вы5содного счетчика соединены между собой, а также исследуемый цифроаналоговый преобразователь, снабжен двумя делителями частоты, ждущим мультивибратором, двумя дополнительными элементами И, элементом НЕ, тремя дополнительными счетчиками, коммутатором, цифроаналоговым преобразователем, сумматором, блоком управления, источниками питания исследуемого цифроаналогового преобразователя и опорного уровня, блоком сравнения, формирователем импульса Старт и генератором запускающих импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, выход первого делителя подключен к входу формирователя импульса Старт, первому входу исследуемого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через сумматор подключен к вы1065822 ходу цифроаналогового преобразователя, а выход подключен к первому входу первого дополнительного эле|ента И, входу элемента НЕ и первому входу триггера, к второму входу которого подключен выход формирователя им- 5 пульса Старт, при этом выход второго делителя частоты через ждущий мультивибратор подключен к второму входу первого и первому входу второго дополнительных элементов И, i0 третий и второй входы которых объединены и подключены к первому выходу блока упранления, первому входу коммутатора, нторому вход„ счетчика усреднения по М измерениям и входу источника опорного уровня, третий вход нторого дополнительного элемента И связан с выходом элемента HE а выход его соединен с первыми входами первого и второго дополнительных счетчиков, второй вход первого дополнительного счетчика связан с ныходом первого дополнительного элемента И и первым входом третьего дополнительного счетчика, а выход его соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу третьего дополнительного счетчика, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход второго дополнительного счетчика соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу счетчика ус.реднения по Н измерениям, второй выход блока управления соединен с 35 входом источника питания, третий выход с вторыми входами первого и второго делителей частоты, второго и третьего дополнительных счетчиков, третьим входом первого дополнитель- 4р ного счетчика и с вторым входом счетчика пересчета, четвертый выход блока управления соединен с .третьим входом второго делителя частоты, выход источника питания исследуемого 45 цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом последнего, а выход источника опорного уровня соединен с вторым входом сумматора.

На фиг.l представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы на выходах основных блоков.

Устройство состоит из генератора

1 (фиг.l) счетных импульсов, первого и второго делителей 2 и 3 частоты, исследуемого цифроаналогового преобразователя 4, блока 5 сравнения, формирователя 6 импульса Старт, счетчика 7 усреднения по N измерениям, счетчика 8 пересчета, выход- 60 ного счетчика 9, дополнительных счетчиков 10-12, триггера 13 элементов И 14-16, блока 17 управления, генератора 18 запускающих импульсов, сумматора 19,источника 20 опорного 65 уровня источника 21 питания исследуемого цифроаналогового преобразонателя, коммутатора 22, цифроаналогового преобразонателя 23, ждущего мультинибратора 24 и элемента HE 25, Устройство работает следующим образом.

После подключения исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 и поступления импульса запуска измерения блок 17 управления вырабатынает напряжение на втором своем выходе (фиг. 2а) поступающее на источник 21 питания, который, и свою очередь, подключает к исследуемому циф.роаналоговому преобразователю 4 напряжение питания. Блок 17 управления вырабатывает импульс на третьем выходе (фиг. 2б), обнуляющий счетчик

8 пересчета, выходной счетчик 9 и счетчики 10-12, а также вырабатывает управляющее напряжение на первом выхсде (фиг, 2в), выключающее источник

20 опорного уровня, выключающее и обнуляющее счетчик 7 усреднения по

N из зрениям, включающее элементы

И 15 и 16, а также коммутатор 22 таким образом, чтобы к его выходам подключались кодовые выходы счетчика 10.. На четвертом выходе блок 17 управления вырабатывает импульс, производящий предварительную установку делителя 3 частоты на выбранное оператором положение. На выходе счетчика 7 при этом отсутствует управляющее напряжение, закрывающее элемент И 14. Этими переключениями обеспечивается сброс показаний предыдущего измерения и включение режима установки отсчета Стоп, соответствующего концу измерения времени установления.

Процесс установки уровня отсчета Стоп происходит следующим образом. Импульс генератора 1 счетны.; импульсов делится,по частоте н перном делителе 2 частоты и ны:одным импульсом делителя 2 частоты выключает исследуемый цифроан алогоный преобразователь 4. Следовательно выход. ое напряжение исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 изменяется от максимального до минимального значения (фиг. 2д) . Сигнал генератора 1, кроме того, поступает на второй делитель 3 частоты, имеющий тот же коэффициент деления,что и делитель 2 частоты. Импульс на ныходе делителя 3 частоты запаздывает по отношению к импульсу на выходе делителя 2 частоты на N периодон частоты генератора 1 счетных импульсов. Величину N определяет оператор предварительной установкой второго делителя 3 частоты. ВеличинуШ оператор может выбирать н пределах от 0 до N., где h — коэффициент

1065822 управления. При этом на первом выходе блока 17 управления (фиг. 2в) выключается управляющее напряжение, вклю-„50 чается источник 20 опорного уровня, счетчик 7 усреднения по Й, выключаются элементы И 15 и 16, а коммутатор

22 переключается таким образом, чтобы на его выход поступил код с выхо- 55 да счетчика 11. Если емкость счетчика 11 в М раз больше емкости счетчика

10 и к коммутатору 22 подключены старшие разряды счетчика 11, то код, которым управляется цифроаналоговый 60 преобразователь 23, будет равен ус-редненному за М измерений значению опорного уровня, В сумматоре 19 к опорному уровню, выработанному цифроаналоговым преобразователем 23, 65 деления делителей 2 и 3 частоты, а тем самым менять временную задержку импульса на выходе делителя 3 частоты от 0 до t, где 1 — период повторения счетных импульсов. Импульсы с выхода второго делителя 3 поступают на ждущий мультивибратор

2. Короткий импульс с выхода ждущего мультивибратора подается на входы элементов И 15 и 16. На выходе элемента И 15 импульс появится только тогда, когда в этот момент времени из блока 5 сравнения на третий вход этого элемента подается напряжение разрешения. Блок 5 сравнения подключен таким образом, что когда 15 выходное напряжение исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 меньше выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 23, им вырабатывается управляющее напряже- 20 ние. Следовательно в момент, соответствующий уровню отсчета Стбп, элемент И 15 открыт и на его выходе появляется импульс. Этот импульс поступает на счетчики 10 и 11. Изме- 25 нившийся выходной код счетчика.10 проходит через коммутатор 22 и поступает на цифроаналоговый преобразо" ватель 23, Изменившийся код счетчика

10 изменяет выходное напряжение пре- 30 образователя 23, которое через сумматор 19 подается на блок 5 сравнения. Это повторяется до тех пор, пока не произойдет сравнения напряжений цифроаналоговых преобразователей З5

4 и 23. В этом случае элемент И 15 закроется, элемент И 16, подключенный к выходу блока 5 сравнения, через элемент НЕ 25 откроется. Следовательно импульс ждущего мультивибратора

24 пройдет через элемент И 16 и поступит на вход счетчика 12 и на вход обнуления счетчика 10. Процесс измерения опорного уровня будет понторяться заново М раз где М вЂ” емкость

А5 счетчика 12. После М измерения выход- 5 ной импульс счетчика 12 (фиг. 2г) пос=упает на первый вход блока 17;, добавляется уровень отсчета (фиг.2е) например, равный половине младшего разряда исследуемого цифроаналогового преобразователя 4, Суммарное напряжение подается на вход блока 5 сравнения. На выходе счетчика 7 появляется управляющее напряжение (фиг.2и),поступающее на элемент И 14.

На этом цикл установки уровня отсчета заканчивается и начинается измерение времени установления.

Эапускающий импульс с выхода первого делителя 2 частоты поступает на формирователь 6 импульса Старт, который при достижении запускающим импульсом половины амплитуды, вырабатывает импульс (фиг ° 2ж), опрокидывающий триггер 13 (фиг. 2э), который в свою очередь открывает элемент

И 14 и импульсы генератора 18 эапускающи.- импульсов поступают на счетчик 8 пересчета (фиг,2к) . При достижении мгновенным значением выходного напряжения исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 выставленного уровня отсчета, блок 5 сравнения вырабатывает импульс, возвращающий триггер .13 в исходное положение (фиг. 2з), при этом поступление квантующих импульсов в счетчик 8 пересчета прекращается. Кроме того,импульс с выхода блока 5 сравнения поступает на счетчик 7 усреднения по М измерениям. При поступлении нового импульса запуска из первого делителя частоты 2 цикл измерения будет повторяться до тех пор, пока на выходе счетчика 7 усреднения nolJ измерениям, будет присутствовать управляющее напряжение,. После поступления с выхода блока 5 сравнения в счетчик 7 И импульсов, где М вЂ” емKocTb счетчика 7, управляющее напряже ние на выходе счетчика 7 выключает-. ся (фиг. 2и), закрывая элемент И 14 и поступая на второй вход блока 17 управления, который в свою очередь выключает управляющее напряжение на втором своем выходе. Это напряжение выключает источник 21 питания, снимая питание с исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 (фиг. 2a) .

Процесс измерения на этом заканчивается. При соответствующем выборе коэффициента счета счетчика 8 пересчета в зависимости от выбранной емкости Н счетчика 7 усреднения и периода повторения сигнала генератора

18 запускающих импульсов код выходного счетчика 9, последовательно подключенного к выходу счетчика 8 пересчета (фиг. 2л), будет равен измеряемому времени установления исследуемого цифроаналогового преобразователя 4. Блок 17 собран на ждущих мультивибраторах, обеспечивающих требуемые задержки управляющих импуль1065822 сов, и триггерах, обеспечивающих длительности этих импульсов (длительности режимов измерения, Коммутатор 22 собран на микросхемах (например, 155ЛР1) и подключает на выход один из двух цифровых сигналов.

Применение дополнительных элементов: двух делителей частоты, ждущего мультивибратора, двух элементов

И и НЕ, трех счетчиков, коммутатора, цифроаналогового преобразователя, 10 сумматора, блока управления, источников питания ЦАП и опорного уровня, блока сравнения, формирователя импульса Старт, и =енератора эапускаюшмх импульсов позволяет расширить функциональные возможнос(ти предлагаемого измерителя по сравнению с известным так как останов измерения можно производить не по фронту импульса, а по любому его уровню, выбирая величину этого уровня относительно установившегося уровня, либо меняя местоположение измерения мгновенного значения путем начальной установки второго делителя частоты. Изменяя начальную установку второго делителя частоты, цифровьм измерителем временных интервалов можно измерять мгновенные значения исследуемых сигналов.

Применение перечисленных элементов позволяет увеличить точность измерений, по сравнению с известным, так как при этом более точно производится установка уровней останова измерения. Кроме того, усреднение результата измерения опорного уровня позволяет в - М pas уменьшить погрешность установки опорного уровня, что особенно важно при измерении времени установления цифроаналоговых преобразователей.

1065822

Составитель В. Муляр

Редактор Ю. Середа Техред Т, Маточка Корректор A. Дзятко

Закаэ 11043/48 Тираж 413 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4